Хімічний склад підземних вод

       б) у Мg2+ добре виражений сорбційний бар”єр – легко переходить у адсорбційний стан, а потім у кристалічну гратку глинистих мінералів;

       в) іон Мg2+ схильний до утворення  іонних пар, що затруднює його міграцію по мірі росту мінераліїзації;

       г) Мg2+ – додатньо гідратуючий іон,що проявляється у сильному підвищенні структурного тиску розчину, тому його міграція на великих глибинах затруднена.

       Надходить іон Мg+ у воду при вилуговуванні доломітів,мергелів і продуктів вивітрювання основних (габбро) та ультраосновних порід (дуніт,перидотіт).

       Із співставлення міграційних  кривих аніонів та катіонів  видно, що переважним компонентом

       а) у прісних водах являються  іони HCO3- і Са2+ ;

       б) в солонуватих водах –  SO42- і Са2+,або SO42- і Na2+;

       в) в солоних та розсольних водах – Cl- і Са2+.

     3. Другорядні компоненти

       До другорядних компонентів відносяться  такі,які характеризуються або  високим кларком і низькою розчинністю, або невеликим кларком і доброю розчинністю солей. На відміну від головних компонентів вони присутні у природних водах у підпорядкованій кількості. До другорядних прийнято відносити азотисті сполуки (NH4+, NO4-, NO2-), залізо (Fe),алюміній (Al), двуокис кремнію(SiO2).Вони майже завжди присутні у воді ,але вмівт їх невеликий, бо один із визначаючих їх ознак пригнічений.

     Азотні  сполуки надходять у воду внаслідок  мікробіологічних процесів та діяльності людини. Іони амонію (NH4+) утворюються  при розкладанні білку тварин і рослин під дією бактерій амоніфікаторів.У природних водах вміст NH4+ звичайно не перевищує 0.01-0.1 мг/л і тільки у водах нафтових родовищ досягає 100-200 мг/л. Іон NH4+ нестійкий.У присутності кисню під впливом бактерій нітрифікаторів амонів переходить у нітрит (NO2-),а потім у нітрит (NO3-).Вміст NO2- і NO3- у природних водах не перевищує 0.01-0.5 мг/л,лише у грунтових водах в районах ,де грунти здобрюються азотними речовинами,вміст NO3- може досягати 2-3 г/л.

       Оскільки азотні сполуки-продукт  розкладання білків,які є сприятливим  середовищем для розвитку хвороботворних  бактерій,вони служать показником  забруднення підземних вод.Іони NH4+ і NO2- свідчать про свіже забруднення,іони NO3– про “старе”.Вміст NO2- у питних водах не повинен перевищувати 50 мг/л (викликає захворювання крові у дітей та тварин).

       Залізо широко розповсюджене  у земній корі,у природній воді  у двовалентному (Fe2+) і тривалентному  стані.Закисне залізо легко мігрує у кислих водах і дуже слабо у прісних.Fe2+ нестійкий і легко переходить у окисне залізо Fe3+, яке мігрує у воді дуже слабо.

     Природні  води частіше нейтральні,тому вміст  у них заліза звичайно не перевищує  перших одиниць мг/л.Тільки у сильно кислих водах -досягає 100 мг/л.Залізо у невеликих кількостях корисний компонент-приймає участь у кровотворенні,але вміст його у питній воді не повинен перевищувати 0.3 мг/л. 

     4. Мікрокомпоненти.

     Під мікрокомпонентами розуміють хімічні елементи і сполуки,вміст яких у підземних водах не перевищує 10 мг/л (іноді зустрічаються їх вміст у водах до 100 мг/л і більше).

     Мікрокомпоненти містяться у підземних водах зазвичай в невеликих кількостях (у міліграмах, мікрограмах і частках мікрограмів в 1 дм³).

     До  мікрокомпонентів відносять такі елементи , як : J, Br, Li, В, F, Ті, V, Cr, Mn, Со, Ni, Си, As, Мо, Ва, тощо, а також такі рідкі як Rb, Аи, Hg. Мікрокомпоненти не визначають хімічного типу підземних вод,але надають їм деякі специфічні властивості.

       Встановлено ,що велика кількість  з них має великий вплив  на життєдіяльність людини,тварин  та рослин (I, F, В, Со, Си, Zn, тощо). В деяких містах перевищення,або нестача мікокомпонентів  у воді приводить до захворювань.Такі хвороби називають геохімічними ендеміями. Найбільш відомою з таких захворювань є ендемічний зоб (захворювання щитовидної залози) обумовлений нестачею йоду (J) у зовнішньому середовищі.

       Висока концентрація у воді  фтору (F) приводить до захворювання  ендемічним флюорозом (захворювання  зубів та кісткового скелету).

       У питній воді вміст фтору  не повинен перевищувати 1.5 мг/л  при оптимальній нормі 0.8-1.0 мг/л.Захворявання флюорозом починається при наявності у воді фтору 4-6 мг/л.

       Деякі мікрокомпоненти (Br, J, Sr та ін.) використовуються для визначення умов формування підземних вод .Так у грунтових вод співвідношення В і Сl становить біля 2*10-4,в розсолах нафтових родовищ -0.02, в термальних водах -до 0.1.

       Високий вміст деяких мікрокомпонентів у підземних водах дозволяє використовувати останні, як мінеральну сировину для видобутку корисних компонентів(J, Вr, В, Zi та ін.). Крім того ,підвищений вміст мікрокомпонентів у підземних водах є пошуковим критерієм на рудні корисні копалини.

     5. Радіоактивні елементи.

     Відмінною ознакою радіоактивних елементів  є постійність їх ядер, в результаті чого відбувається їх постійний розпад з утворенням інших елементів, а  також виділення радіоактивного випромінювання.

       Серед природних радіоізотопів  виділяють первинні та вторинні. Перші знаходяться у первозданних  породах Землі і характеризуються  тривалим періодом напіврозпаду (К40, Rb27, Th232, U235, U238) до другорядних  відносяться Ra226, Ra228, Rn222.

       Концентрації радіоактивних компонентів  виражаються як у ваговій формі  (г/л,г/кг,мг/л),так і у одиницях  радіоактивного випромінювання (кюрі,…).

       Уран зустрічається у всіх  підземних водах у мікрокількостях -1*10-6 -1*10-7 г/дм3 і тільки на уранових родовищах концентрація його збільшується до 5*10-4 г/дм3. У питних водах вміст раюію не повинен перевищувати 5*10-5 г/л.

     Наявність у воді U238 свідчить про небезпеку  хімічної токсичності.

       Радій є другорядним елементом: Ra226-продукт розпаду U238, Ra228 утворився  від Th232. Радій дуже сорбується глинистими породами та каолінами, тому рухливість його у гідросфері дуже мала. У глибоких горизонтах та на родовищах урану концентрація радію сягає 1*10-9 г/л. У питних водах допускається вміст радію до 1*10-11 г/л. Ra226 вважається найпрактичнішим з усіх неорганічних речовин.

       Радон – це радіоактивний газ,  продукт еманації радію. Має  12 короткоживучих ізотопів,з яких  найбільш розповсюджений Ru222, що  утворюєтьсяч він при розпаді Ra226. Період напіврозпаду Ru222 – 3.8 діб. Зустрічається родон у підземних водах, що стикаються з радіоактивними породами (у тектонічних розломах у кристалічних породах,на уранових родовищах).

     Вміст Rn222 тут коливається від одиниць  еману до декількох тисяч еман.

       Калій-40 складає біля 0.012% природного  калію,але забезпечує майже весь  радіоактивний фон підземних  вод .У питних водах кількість  його не перевищує 3*10-4 мг/л.Вміст К40 у питних водах не вважається небезпечним для здоров”я людини.

       Тритій (Н3) і радіовуглець (С14) утворюються у верхніх шарах атмосфери під дією космічного випромінювання.Період напіврозпаду Н3 біля 12.5 років.Наявність Н3 у підземних водах атмосферного походження використовується для визначення їх віку та умов руху і формування.

       Радіовуглець (С14) мігрує у підземних водах у вигляді С14О2. Період напіврозпаду С14 -5.5*103 року. По відношенню С14/С12 визначають вік органічних залишків чи карбонатних сполук,а також підземних вод ,в яких розчинені карбонатні мінерали.

     Радiоактивнi (радоновi) – води Хмельника в Українi, Цхалтубо i П’ятигорська, вони є в Забайкаллi, Киргiзiї, на Алтаї. 

      6. Органічні речовини та мікроорганізми.

     Упідземних водах із органічних речовин найчастіше зустрічаються гуминові кислоти, бітуми, феноли, жирні кислоти,нафтенати тощо.

     Джерелами надходження органічних речовин  у підземні води являються атмосферні опади,поверхневі води,грунти,залежи нафти,вугілля,торфу.

       Загальна кількість органічних  речовин у воді визначається  за значенням окислювальності під якою розуміють кількість кисню чи марганцевокислого калію(КмпО4),що витрачається на окислення органічної речовини.При цьому вважається,що 1 мг кисню чи 4 мг КмgО4 відповідають 21 мг органічної речовини.

     Мікроорганізми  у підземних водах представлені різними бактеріями,що належать до числа одноклітинних, рідше багатоклітинних, Вирогідною межею розповсюдження їх у підземній гідросфері є глибина температур вище 1000С ,яка частіше відмічається на значних глибинах-4-5 км від денної поверхні. Бактеріїї активно приймають участь у формуванні хімічного складу води,переробляючи в процесі своєї життєдіяльностї органічнї та неорганічнї сполуки Частіше це залізобактерії,сіркобактерії,бактерії нітрифікатори та ін.Деякі бактерії нешкідливі для організму,деякі хвороботворні.

     7. Розчинні у воді гази.

     Із  газів,що поширені у підземних водах  найбільш поширені кисень (О2),вуглекислий  газ (СО2),сірководень (Н2), метан (СН4), азот (N2) та ін. Гази у воді знаходяться у розчинному стані. При зменшенні тиску вони мають переходити у вільний стан і виділяються із води.

     Кисень  переважно атмосферного походження,тому знаходиться,в основному, у водах  приповерхневої частини земної кори (зони аерації, грунтових та неглибоко залягаючих артезіанських водоносних горизонтах). Вміст кисню у підземних водах змінюється від 0 до 15 мг/л. Кисень є окислювачем для речовин з перемінною валентністю.

       Вуглекислий газ надходить у  підземні води із повітря атмосфери,крім  того виникає при біохімічних  та хімічних процесах ,що проходять  у товщах земної кори,а також  при вулканічних та метаморфічних  процесах.Вміст СО2 у підземних водах зменшується зверху вниз,але схема його розповсядження значно нижче ніж у О2.Концентрація СО2 у воді коливається від 0 до 25мг/л,на родовищах мінеральних вод вона іноді досягає 2-3г/л.

     Сірководень накопичується у воді переважно  внаслідок відновлення сульфатів  під дією десульфуючих бактерій,або в умовах високих тиску та температури та при вулканічних процесах. Кількість Н2S у підземних водах коливається частіше від 0 до 50мг/л і тільки в межах газонафтових родовищ досягає 1000-2000мг/л.

       Водень накопичується у підземних  водах в процесі десоціації води,при розкладанні органічних речовин і при вулканічних процесах.Концентрація іонів водню у підземних водах змінюється від 10-4 до 10-9.

       Метан у підземних водах утворюється  в результаті біохімічних процесів  при розкладанні органічних речовин  в нафтогазових та вугільних  районах,в районах болот та торфяних озер.

     Колоїди та механічні суміші у підземних  водах зустрічаються дуже рідко.Розміри їх часток у десятки разів перевищують частки істиних розчинів. У підземних водах зустрічаються переважно колоїди алюмінію, заліза, кремнезему. В колоїдних частках SiO2 зустрічаються, наприклад, декілька сотен молекул. Колоїди мають велику питому внутрішню поверхню часток і електричний заряд. Частки механічних сумішей дуже великі(більше 100 мікрон) і можуть знаходитись у воді,що рухається із значною швидкістю (карстові води). 

     Використана література:

1. Рудько Г.І. Гідрогеохімія. – ВПЦ “Київський університет”, 2007
2. www .geolab.com.ua
3. www.npu.edu.ua